透析原子光谱的地位现状及未来发展方向

国家地质实验测试中心研究员杨啸涛，1970年开始从事原子光谱分析和仪器研制，至今已有40多年。杨啸涛笑称自己是光谱的“老兵”，光谱仪器生产制造相关的车钳刨铣电都干过，从70年代开始到现在一直“搞”原子光谱，现在偶尔也涉及分子光谱。“现在大家目光集中于质谱等大型仪器，真正搞光谱小仪器的不多了。我一直搞小仪器，很开心。”

“干工作像玩，玩像工作。”杨啸涛爱好很多，旅游、摄影、音乐等让他玩得极具专业级水准。“干工作不累，因为就像在玩，但也累，因为需要策划很多事情，过程中还要不断弥补技术脱节、知识面不足的地方。”

“国内搞基础研究的人少了，大多数人都是站在山顶上，‘伸手’就是创新;我老了，在山脚下、在别人已经淘过金的地方再次淘金。”

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国家地质实验测试中心杨啸涛

技术传承：后继乏力，需要国家进行指导、扶植

质谱、生命科学……是现今科研热点，那么原子光谱的地位与用武之地何在?

“原子光谱检测的对象就是元素周期表上那些元素，看着好像少了些。但是对于元素测定，原子光谱是强项，而环境安全、食品安全中有毒有害元素检测的需求是长期存在的。”

“与质谱相比，原子吸收、原子荧光等小仪器会长期存在，即使中国变成发达国家，它们也会继续存在。”杨啸涛笑称，“也是一百年不会变的。”

杨啸涛认为，分析仪器分为实验室仪器、现场检测仪器、前沿实验室仪器三大类，实验室仪器中大型仪器占主流;现场检测仪器以便携仪器为主;而杨啸涛所说的“前沿实验室”是指靠近现场的实验室，所用的仪器以小型的仪器为主。

“像原子吸收、原子荧光等小型的仪器正是现场检测、前沿实验室所需的仪器，而这一市场空间广阔。”

国产原子光谱相关核心部件发展现状如何?

“国产原子光谱仪器的核心零部件技术多掌握在个人、小企业、家族企业手里，目前已经有些技术传承出现了问题，将来有可能断链。其实，过去的几十年以来，一些关键技术产业链发生断裂，其中包括光学元件的冷加工技术。大家都去做‘赚钱’的了，就像搞照明的一窝蜂去搞LED一样。 ”

“现状确实如此，从仪器核心零部件来看，我国原子光谱仪器的关键部件如光栅、检测器、扫描装置都依靠进口，尤其是原子吸收、原子荧光等仪器的检测器——光电倍增管几乎都是采购于日本滨松公司。”

“国产原子光谱需要发展和提高的有：优质光电倍增管检测器;光谱分析用多维固体检测器—线阵、面阵式CCD检测器;高刻线密度、高光通量的全息光栅;中阶梯闪耀光栅;高强度短弧氙灯-连续光源等，这些国内还没形成自主产品，质量或性能不及国外产品。”杨啸涛强烈呼吁，“虽说目前是市场经济主导，但对于一些不可或缺的技术需要国家进行指导、扶植。例如，在国内形成相关的——光栅刻制、光电倍增管、CCD检测器、短弧聚焦氙灯等专业生产点，创出自己的品牌。十二五科技部已经给上述关键部件以极大的支持，但是这种对基础元件的支持需要长期化，因为越是基础的东西其实越难搞好，需要花的力度和投入越大。反过来，基础搞好了，对一些高端仪器的开发和质量的提高会起到决定性的促进。”

创新：既要有中国特色，更要与国际接轨

业内普遍认为原子吸收技术已经非常成熟，那么，还有没有技术创新的可能?

“只有创新才有出路，这是肯定的。”杨啸涛指出，“分析仪器发展存在着内因、外因，内因是仪器本身局限的解决，外因就是相关器件和外围技术的发展带动仪器的发展。外因很可能促使仪器突飞猛进，最典型的例子就是由于计算机技术快速发展所带来的仪器自动化、智能化的发展。目前，仪器原理性创新已经很少了，现在进行的多是集合创新，即让外部环境、周边技术为我所用。”

“原子吸收本身的局限与相关技术、外围技术的发展必然会继续推动原子吸收的发展，这个过程不会停止。”杨啸涛在之前的一次研讨会上也曾明确指出了这一点。

未来，原子吸收最有可能发生革新的方向有哪些?

对于原子吸收光谱未来发展趋势，杨啸涛谈到，“原子吸收最有可能发展的方向，也就是原子吸收存在问题最大的地方。方向一是弥补局限，原子吸收致命的局限是一个一个元素测量，测定不同元素需要更换不同元素的空心阴极灯，速度慢;另一个方向是实现国际化，技术与国际接轨。”

“性质相近的元素，其原子化条件差异不大，较易实现多元素同测。可以根据实际分析的需要，或行业标准的要求，实现对指定的几个元素进行快速扫描测定，研发有特色的多元素分析专用仪器，并且在技术上和仪器成本上也比较容易实现。而且，现场、在线检测追求的特点之一就是快速，多元素同时测定是实现快速检测的途径之一，这一市场对原子吸收仪器的需求极大。”

“原子吸收若想真正打入国际市场，既要有中国特色，也要与国际接轨。例如火焰原子吸收必须具备氧化亚氮-乙炔火焰，增加辅助空气，使空气流量在10L以上，不只是为了提高安全性，有许多例子证明，这样对于消除干扰也有好处。”杨啸涛进一步谈到国产原子吸收与国际接轨的途径，“与国际接轨的途径可以采取与国外公司合作，不只是学习他们的技术，主要学习大公司的管理。”

“原子吸收的中国特色有优势也有劣势，优势在于成本价格低，性能满足使用，与国外的差距不大。劣势是可靠性等有待提高，一台仪器长久发展所追求的应该首先是可靠性，其次功能，再次才是性能。盲目追求‘指标’不一定能促进原子吸收仪器技术的发展。”

原子荧光光谱是中国自主研发、可以说是独占市场的分析仪器，目前哪些方面需要继续革新、完善?

杨啸涛将原子荧光光谱仪器的发展分四个阶段，第一阶段是创造氢化物发生原子荧光整个体系;阶段二是空心阴极灯的使用，使得原子荧光仪器稳定性大幅提高;第三阶段是发明低温火焰，低温点火使得所有元素检出限平均下降5倍;第四阶段是原子荧光与色谱联用进行元素形态分析，随着人们对元素价态特性认识逐步深化，元素形态分析方法日渐成熟，应用领域将不断扩大。并且经过色谱的分离之后，去除了原子荧光分析的光谱干扰。

“原子荧光确实是一个好东西，弥补了原子吸收测定困难的、ICP-AES也不擅长的几个元素的测定，但是原子荧光具有的两大局限制约了其发展：一是仪器没有进行光散射的校正，可能产生光谱干扰;二是低温火焰，产生的化学干扰严重。这些缺陷也限制了原子荧光光谱仪向国际市场的推广。”杨啸涛说到，“这些基础和原理方面的研究，需要联合各方面的力量，同心协力解决难题。也需要国家支持这些研究，使得这一具有我国自主知识产权的仪器更上一层楼。”

仪器公司研发新产品，应从哪些角度出发?

杨啸涛讲述了一个小故事，“国外的仪器公司是如何考虑研发新仪器?以原子吸收为例，澳大利亚物里学家A.Walsh到当时的珀金埃尔默，珀金埃尔默负责人问他的第一句话是，该仪器是否可以检测血液中的钙?因为在那时美国正迫切需要能测血钙的方法。后来，在A.Walsh的努力下，珀金埃尔默决定开发原子吸收，并且推出了第一台商品化的原子吸收仪器。”

“是否可以检测血液中的钙?”这句话表达了国外仪器公司研发新仪器的出发点——“需求”。而我们国内的一些仪器公司则往往从“专业”的角度考虑，如“色谱、质谱、光谱都要有”这样一类思想其实并不一定正确。“真正做仪器，最好从市场需求角度考虑。”

争夺原子吸收市场份额：高端和专用是方向

国产原子吸收技术成熟、价格低廉，为什么进口品牌仍然占据了很大份额?

中国是原子吸收生产大国，目前中国市场有原子吸收生产厂商30多家，其中国外厂商近10家，国内厂商20多家。而且，国外品牌，像岛津、赛默飞等也在中国建有原子吸收的生产厂，其产品供应全球。据仪器信息网统计，国产原子吸收的市场份额(台数)已由2004年的70%下降到目前的50%左右。若按金额来统计，国产品牌所占比例会更少。

杨啸涛认为进口原子吸收品牌占据很大份额的原因是多方面的，“不完全是技术原因，因为，国产原子吸收和进口品牌之间，技术上虽然有差异，但是80%以上的国产原子吸收完全够用。”

“进口品牌占据大份额的原因之一是很多用户有一种相信进口品牌的心理。原因之二，目前，国外品牌纷纷推出低档仪器，争抢原国产品牌的份额，进一步增大了国产企业的压力。另一方面，国产品牌缺乏高端仪器，使得国产仪器经常被屏蔽在某些大型招标之外。”

杨啸涛曾呼吁，“在目前形势下，如果国产原子吸收光谱仪器生产企业不提高仪器档次，没有创新和特色，不出几年将会遭遇灭顶之灾，这绝不是危言耸听。”

国产原子光谱如何扩大市场占有率?

“方向之一是高端化，”杨啸涛还具体指出了目前国产原子吸收应尽快研发或提高的技术——塞曼背景校正技术、石墨管生产制造技术等，“塞曼背景校正技术是高端原子吸收光谱仪具有的技术之一。然而，国产原子吸收品牌中还只有为数不多的几家具备该技术。”原子吸收光谱法最主要的光谱干扰是分子吸收和光散射，而塞曼效应背景校正是能较好地解决这一干扰的方法。另外，由于其双光束特性，可以在火焰和石墨炉分析中获得良好的信噪比，一直受到广大分析工作者的青睐。

“另外，业内普遍认为，国产火焰原子吸收水平已经与进口品牌相差无几，而国产石墨炉原子吸收与进口品牌还有一定差距。其中，石墨管是个难题，需要从原料控制、加工工艺、热解技术等三个环节把好关，才能保证石墨管的质量。”

“方向之二是专用化，随着大型直读光谱、质谱仪器的迅速发展，原子吸收要保持其仪器和操作上简便易用的特长，应向专用化方面发展。”杨啸涛列举了一些具体市场需求的事例，如中国有1000多家拉链厂，拉链厂通常检测四个元素以控制产品质量，ICP-AES的购买仪器成本和运行所需氩气成本、操作人员成本等都太高。另外，有些偏远地区购买氩气很困难。如果开发“傻瓜型”的原子吸收，初中生水平的员工就可以操作，在企业中推广具有很大的潜在优势。另外，上海有几家规模不大的公司，专注于制造只用于测钾、钠的火焰光度计，效益非常好，就是一种证明。